建筑工程深基坑支护变形智能预测与动态控制技术

引言：

随着建筑行业发展，深基坑工程增多，其支护变形问题影响着工程安全与周边环境。传统监测与控制方法存在局限性，难以满足复杂工程需求。因此，研究深基坑支护变形智能预测与动态控制技术具有重要现实意义，能提升工程质量与安全性。

1. 深基坑支护变形智能预测与动态控制技术概述

1.1 技术定义

深基坑支护变形智能预测与动态控制技术是一种专门应用于建筑工程深基坑施工过程中的技术体系。它综合运用现代智能技术手段，对深基坑支护结构在施工过程中的变形情况进行预先判断，并基于此进行动态的管理与控制。在建筑工程领域，深基坑的稳定性至关重要，而支护结构的变形直接关系到深基坑的安全。该技术通过定义各种参数和模型，精确地描述支护结构在不同工况下可能出现的变形特征，将变形量、变形速率等关键指标纳入到智能预测与动态控制的范畴。其核心在于借助智能化的工具和方法，提前洞悉支护结构变形的趋势，以便采取有效的控制措施，确保深基坑施工的顺利进行以及周边环境的安全稳定。

1.2 技术背景

在中国的建筑工程快速发展过程中，深基坑工程的数量和规模不断增加。随着城市土地资源的日益紧张，深基坑的深度和复杂性也在不断提升。传统的监测和控制方法难以满足日益增长的需求。一方面，深基坑周边往往存在着众多的既有建筑物、地下管线等复杂的环境因素，对支护结构的变形要求极为严格。另一方面，深基坑施工过程中的不确定性因素众多，如地质条件的变化、施工工艺的差异、地下水的影响等，这些因素都会导致支护结构变形的难以预测性。在这样的背景下，深基坑支护变形智能预测与动态控制技术应运而生。它借助先进的传感器技术、大数据分析技术、人工智能算法等，试图克服传统方法的局限性，提高深基坑支护变形预测的准确性和控制的有效性。

2. 智能预测技术

2.1 数据采集方法

在深基坑支护变形智能预测技术中，数据采集是基础环节。数据采集方法涵盖了多个方面，以确保获取全面、准确的数据信息。首先，传感器技术在其中起着关键作用。在深基坑施工现场，会安装多种类型的传感器。例如，应变传感器被广泛应用于支护结构的关键部位，用于测量支护结构的应变情况，从而间接反映其变形状态。土压力传感器则被埋设在支护结构与土体的接触面上，以获取土压力的实时数据，因为土压力是影响支护结构变形的重要因素之一。此外，位移传感器被布置在支护结构的关键节点和周边环境的关键位置，如相邻建筑物的基础部位等，直接测量位移变化量。除了传感器技术，人工测量也是数据采集的重要补充手段。施工人员会定期使用水准仪、全站仪等测量仪器对支护结构和周边环境进行测量，获取一些如标高、水平位移等关键数据。同时，工程施工过程中的各种参数，如混凝土的浇筑量、钢筋的用量、施工的时间节点等，也作为重要的数据来源被记录下来。这些数据会通过数据传输系统，如无线传输网络或者有线传输线路，及时传输到数据处理中心，为后续的预测算法应用提供丰富的数据基础。

2.2 预测算法应用

预测算法是深基坑支护变形智能预测技术的核心部分。多种先进的算法被应用于该领域以实现精确的变形预测。其中，神经网络算法是较为常用的一种。神经网络具有强大的非线性映射能力，能够处理复杂的输入输出关系。在深基坑支护变形预测中，它可以将采集到的各种数据，如土压力、应变、位移等作为输入层数据，经过隐藏层的复杂运算，输出支护结构的变形预测值。例如，通过对大量历史数据的学习和训练，神经网络可以建立起深基坑支护结构变形与各种影响因素之间的复杂关系模型。另外，灰色系统理论也在预测中发挥着重要作用。由于深基坑工程中存在很多信息不完全明确的情况，灰色系统理论能够在数据有限且不确定性较大的情况下进行有效的预测。它通过对部分已知信息的挖掘和分析，构建灰色预测模型，对支护结构的变形趋势进行预测。此外，支持向量机算法也被应用于深基坑支护变形预测。支持向量机算法在处理小样本、高维数据时具有优势，能够在复杂的工程数据中找到最优的分类超平面，从而实现对支护结构变形的准确预测。这些算法并非孤立使用，而是常常结合起来，充分发挥各自的优势，以提高预测的准确性和可靠性。

3. 动态控制技术

3.1 控制策略制定

深基坑支护变形的动态控制技术中，控制策略的制定是关键环节。在制定控制策略时，需要综合考虑多方面的因素。首先，基于深基坑支护结构的设计要求是最基本的出发点。设计文件中规定的支护结构的极限变形值、安全系数等参数是控制策略制定的重要依据。例如，如果设计规定支护结构的水平位移极限值为某一数值，那么控制策略就要确保在施工过程中水平位移始终不超过该数值。其次，深基坑周边环境的敏感性也是重要的考虑因素。如果深基坑周边存在对变形非常敏感的古建筑或者重要的地下管线设施，那么控制策略就需要更加严格。针对这种情况，可能会制定分级控制策略，对于靠近敏感区域的支护结构部分采取更为严格的变形控制标准。此外，施工过程中的各种工况也是控制策略制定的关键因素。不同的施工阶段，如土方开挖阶段、支护结构施工阶段、地下结构施工阶段等，支护结构所承受的荷载和变形规律有所不同。因此，针对每个施工阶段都要制定相应的控制策略，例如在土方开挖阶段，要根据开挖的深度、速度等因素制定合理的支护结构变形控制策略，以确保在开挖过程中支护结构的稳定性。

3.2 实时调整机制

实时调整机制是深基坑支护变形动态控制技术的重要组成部分。在深基坑施工过程中，由于各种不确定性因素的存在，实际的支护结构变形情况可能与预测值存在偏差。此时，就需要实时调整机制发挥作用。当传感器检测到支护结构的变形数据超出了预设的预警值时，系统会立即启动调整机制。一方面，调整机制会对施工参数进行调整。例如，如果是因为土方开挖速度过快导致支护结构变形过大，那么就会降低土方开挖速度。如果是因为地下水位变化引起的变形问题，就会采取相应的降水或者止水措施，如增加抽水设备或者设置止水帷幕等。另一方面，调整机制还会对支护结构本身进行调整。比如，对于一些柔性支护结构，当变形过大时，可以通过增加支撑构件的方式来提高支护结构的刚度，从而减少变形。同时，实时调整机制还会与智能预测系统进行交互。根据调整后的情况，智能预测系统会重新计算支护结构的变形趋势，为后续的控制提供更准确的依据，形成一个动态的反馈循环过程，确保深基坑支护结构始终处于安全可控的状态。

结束语：

建筑工程深基坑支护变形智能预测与动态控制技术具有显著优势与广阔应用前景。通过精准预测与实时动态控制，能有效保障深基坑工程安全。未来需进一步完善技术体系，推动其在更多工程中应用，为建筑行业发展提供坚实保障。

参考文献：

[1] 龚晓南。深基坑工程设计施工手册 [M]. 北京：中国建筑工业出版社，2020.

[2] 刘建航，侯学渊。基坑工程手册 [M]. 北京：中国建筑工业出版社，2021.